螺杆桩规程条文说明.doc

安徽省工程建设标准螺杆桩基础技术规程Technical specification for half-screw pile（报 批 稿）条文说明制定说明为便于广大螺杆桩勘察、设计、施工、检测等单位的有关人员在使用本规程时能正确理解和执行条文规定，螺杆桩基础技术规程编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说明，供使用者参考。在使用中如发现本条文有不妥之处，请将意见函寄安徽省金田建筑设计咨询有限责任公司（合肥市包河工业区沈阳路20号，邮政编码: 230051，Email: ），以供修订时参考。目 次1 总 则- 1 -2 术语与符号- 2 -2.1 术语- 2 -3 地基勘察- 3 -3.2 勘探点平面布置- 3 -3.4 勘察评价- 3 -4 桩的设计- 4 -4.1 一般规定- 4 -4.2 单桩竖向承载力确定- 4 -4.6 螺杆桩构造- 8 -5 施 工- 10 -5.1 一般规定- 10 -5.5 施工工艺- 11 -5.7 成品保护- 12 -6 质量检验与验收- 13 -6.1 一般规定- 13 -6.2 施工前检验- 13 -6.4 施工后检验- 13 -6.5 桩的检测- 14 -1 总 则.4 螺杆桩是一种带螺牙的异型混凝土灌注桩，它采用带自控装置的螺杆桩机施工，通过特制的螺纹钻杆钻进，自控系统严格控制螺纹钻杆提升速度与旋转速度同步，钻至设计深度在土体中形成带螺纹的钻孔后，混凝土由高压泵输送至空心螺纹钻杆由钻头泵出，在孔中填实形成全部或部分桩侧带螺牙的混凝土桩基。该技术具有单桩承载力高、造价低廉的特点，但由于该技术属于一种新型的施工技术，本规程编写的目的是为确保在设计、施工中做到安全适用、确保工程质量。螺杆桩设计与施工要实现安全适用、技术先进、经济合理、保证质量、节能环保等目标，应综合考虑工程与水文地质条件、上部结构类型和荷载特征、施工技术及环境条件等因素，把握相关技术要点。除本规程规定的适用范围外，在特殊性土层中应通过试验确定其适用性。本规程中提及的不稳定土层主要指：可液化土层、软土层、岩溶和土洞附近、矿山开采塌陷区附近、滑坡体附近等。本规程所述的适宜地层主要指：能够形成螺牙的地层。对于其他行业（例如电厂、港口、公路、铁路等）采用螺杆桩的工程，本规程可使用，但同时应符合相应行业标准规定。2 术语与符号2.1 术语2.1.1 螺杆桩是一种变截面异形桩，采用特定的成桩设备，利用挤压旋转成孔技术施工，在地下水位上下均可使用。.8 螺杆桩桩身结构具有一定的特殊性，比普通灌注桩更为复杂。螺杆桩内径、螺杆桩外径、螺牙厚度、螺牙宽度、螺距的大小，都直接影响螺杆桩的受力机理、承载力与稳定性。螺杆桩受力较为特殊，螺牙宽度、螺纹间距和深度不同，其承载力机理发挥也不同，但为方便设计，假定螺杆桩承载力由端承力和按螺杆桩外径形成的侧面提供的侧阻力提供，提出了等效侧阻的概念。等效侧阻就是桩侧提供的承载力除以桩侧的面积。3 地基勘察3.2 勘探点平面布置3.2.2 端承桩的承载力依赖于桩端土层，勘探点间距宜小些，摩擦型桩的承载力依赖于桩侧土层，勘探点间距适当大些。3.2.3 复合地基的承载力更多地依赖于基础下伏土层的性质，受力性状接近于天然地基，所以作此规定。3.4 勘察评价3.4.3 本条是为螺杆桩基础防腐设计服务的，所以要求岩土工程勘察中应对于工程场地的岩土层（含地下水）对螺杆桩的腐蚀性进行评价。3.4.6 场地适宜性方面应重点评价以下几方面：螺杆桩的稳定性、场地地层均匀性、岩土设计参数、沉桩可能性以及螺杆桩对场地环境条件的限制性要求。4 桩的设计4.1 一般规定4.1.1 螺杆桩不配筋时按刚性桩复合地基使用同样能够发挥螺纹的作用，较大幅度地提高地基承载力。4.2 单桩竖向承载力确定4.2.1 螺杆桩的受力与常规直杆桩的受力原理不同，除桩径、桩长和桩侧及桩端地基土影响单桩承载力外，螺纹间距和宽度对承载力影响也较大。根据太沙基极限平衡理论，螺杆桩螺牙的受力可假定为浅基础受力，螺牙以上的土体看作均布荷载，每一片螺牙可假定为一倾斜的圆形浅基础。当螺杆桩受力时，每一级螺牙下地基分别受力，随着荷载的增加，螺牙下地基土达到塑性，随荷载增加塑性区域逐渐扩大，滑裂面向上延伸。假定螺牙的底面是粗糙的，螺牙周围土体滑动面如图1所示，可分为两个区域：I区是螺牙底面下的土楔abo，由于假定螺牙是粗糙的，具有很大的摩擦力，因此ab面不会发生剪切位移，I区内土体不是处于朗金主动状态，而是处于弹性压密状态，它与螺牙底面一起移动。假定滑动面ob与水平面成角。II区滑动面是通过ofe点的辐射线，忽略重度对滑动面形状的影响，其向径。图1 螺杆桩极限荷载剪切破坏面当上下两级螺牙滑裂面的e和e点重合时，螺杆桩受力最优，最优间距与外径满足： （1）而，根据三角关系，代入上式得 （2）式中： H螺杆桩螺距； D叶片外径； 压密核区与水平面夹角；叶片倾角；向径旋转角；r0初始向径；r滑裂面向径；土的内摩擦角。当螺牙间距小于最优间距时，螺牙受力相互影响，两滑裂面相交，最终形成近似以螺牙外径为直径的滑裂面。 当螺牙间距大于H时，每个螺牙下地基土受力互不影响，随着荷载加大，螺牙下塑性区增大，滑裂面向上与桩身相交，上下滑裂区间的桩侧侧阻开始发挥，当侧阻达到极限时，螺杆桩承载力达到极限。可见螺杆桩承载力受桩间土、螺牙宽度和间距等多种因素的影响，当螺牙间距较小、土的抗剪强度较低时，螺杆桩单桩侧阻力为螺杆桩外径形成的剪切面的抗剪力；当螺牙间距较大、土的抗剪强度也较高时，螺杆桩各螺牙承载力类似浅基础的受力，单桩承载力为所有螺牙承载力和螺纹段内径发挥侧阻。由于螺杆桩受力受多因素的影响，精确计算螺杆桩单桩承载力特征值非常困难，而实际螺杆桩的螺距一般为外径的1.11.4倍，为方便设计人员设计计算，我们提出了采用常规桩基承载力估算方法估算螺杆桩单桩极限承载力，如公式（4.2.1-1）（4.2.1-5），将螺杆桩极限承载力标准值简化为桩端极限端承力和等效极限桩侧阻之和。有设计经验的地区可以根据经验对端阻和等效侧阻进行取值，在没有成熟地区经验的地区，本规程提出了经验计算公式，参考干作业钻孔灌注桩极限承载力进行估算。根据试验研究证明，相同桩长、桩外径的螺杆桩与干作业钻孔灌注桩端承力略有差别，但相差不大，假设两种桩型的桩端承力是相同的，根据螺杆桩静载荷试验的极限承载力，扣除端承力后计算出螺杆桩桩侧发挥的承载力，按螺杆桩外径形成的侧面面积计算出桩侧的等效极限侧阻，并与干作业钻孔桩的极限侧阻对比，计算出螺杆桩等效极限侧阻较干作业钻孔桩极限侧阻的增强系数，对全国不同地区的工程进行统计分析，提出了的经验取值，为1.31.7。表1为部分统计工程螺杆桩侧阻增强系数。表1 部分工程等效侧阻增强系数的统计工程名称桩长内径外径侧阻提高系数黑龙江某工程试验桩8.0-19.0350-500400-8501.50-1.84武汉国际钢铁物流16.5-17.53775001.55-1.60上海世纪长江苑17-23.03775001.43-1.72天门金汉宫城23.03775001.45-1.63世博园试桩20.03775001.64-1.81东营辛兴小区21.53004001.35-1.64山东机务飞行倒班宿舍楼15.03005001.39-1.45博兴阳光小区16.083005001.35-1.47博兴名士豪庭7.53004001.40-1.65北部湾某工程22.03775001.50东城半岛24.03775001.68迪亚溪谷12.03774001.84-1.90盘锦某安置房7.03774001.75-1.90海兴行政中心8.03775001.78-2.05试验桩10.0-16.0377400-5501.42-1.83从理论上分析，普通桩基和螺杆桩基最大区别在桩侧侧阻或等效侧阻的发挥上，普通桩基础其侧阻为桩土间抗剪力，而螺杆桩桩侧等效侧阻来源于螺牙间土体的抗剪强度，故螺杆桩等效侧阻和普通桩基础侧阻的不同表现为土抗剪强度和桩土界面抗剪强度的不同，地基土的内摩擦角大于桩土间的摩擦角，因此螺杆桩承载力高于普通直杆桩承载力。根据现行国家标准建筑地基基础设计规范GB 50007和建筑边坡工程技术规范GB 50330中建议的挡土墙摩擦角（见表2），在不考虑土的粘聚力情况下，根据土的抗剪强度计算公式，螺杆桩等效极限侧阻和普通桩基极限侧阻比值为土的抗剪强度和桩土抗剪强度比值，即为地基土内摩擦角与桩土摩擦角的正切比值，根据表2，桩土摩擦角按第三种情况取值。表3为地基土内摩擦角为545时螺杆桩等效极限侧阻增强系数的计算值，经计算为1.492.41，与统计值基本相符，这也是提出等效极限侧阻增强系数的理论依据。表2 土对挡土墙背的摩擦角度挡土墙情况摩擦角墙背平滑，排水良好（0-0.33）k墙背粗糙，排水良好（0.33-0.50）k墙背很粗糙，排水良好（0.50-0.67）k墙背与填土间不能滑动（0.67-1.00）k表3 土的摩阻力和界面摩阻力的比值内摩擦角k=0.67ktank /tan=0.50ktank /tan53.351.492.502.00106.71.505.002.021510.051.517.502.042013.41.5310.002.062516.751.5512.502.103020.11.5815.002.153523.451.6117.502.224026.81.6620.002.314530.151.7222.502.414.2.3 桩身全螺纹的基桩由于桩身截面面积相同，桩顶受力最大，故在进行桩身承载力验算时只需对桩顶进行验算即可，而对于非全螺纹的螺杆桩，在变截面处虽然轴力较桩顶小，但由于桩身截面减小，故也须对该截面进行承载力验算，此处的轴向力应扣除直杆段的侧阻力。螺杆桩螺牙对桩身承载力有一定贡献，但由于螺牙提供的承载力很难精确计算，故在验算时忽略螺牙对桩身承载力的有利影响，桩身截面面积按设计桩径进行计算。当桩侧穿过可液化土层或不排水强度小于10kPa的软弱土层时，桩侧土的侧向约束较小，验算桩身承载力时应考虑压屈影响。4.2.5 螺杆桩的抗拔性能应该高于一般的直杆桩，但是目前的试验数据不多，有限的现场载荷试验表明：使用本规程提供的公式（4.2.5-1）和（4.2.5-2）计算抗拔承载力是偏于安全的。4.3 单桩水平承载力确定.3 螺杆桩水平承载力可能低于同直径的直杆桩，尤其对于全螺纹桩，因此，对于承受水平力较高的桩基不宜采用螺杆桩。4.6 螺杆桩构造4.6.1 螺杆桩受力时螺牙将受地基土的冲切作用，若螺牙厚度太小，螺杆桩受力时螺牙可能被地基土冲切破坏，螺牙下地基土的冲切力受螺牙宽度和桩侧地基土物理力学指标等的影响，采用常规方法准确计算螺牙所受冲切力较为困难，须进行数值计算。故本规范没有给出螺牙厚度验算的公式。当采用非常规尺寸时，在施工图设计前必须进行相关验算或载荷试验对螺牙的抗冲切进行验证，确保螺牙厚度满足强度要求。4.6.3 由于螺杆桩螺纹成型对其承载力影响较大，为确保桩身质量，故规定螺杆桩最小混凝土等级提高为C30。4.6.4 混凝土保护层直接影响到螺杆桩耐久性，螺杆桩主筋混凝土保护层是指按设计桩径计算的主筋混凝土保护层厚度，施工中应严格控制保护层厚度。5 施 工5.1 一般规定5.1.3 螺杆桩施工成桩工法过程详见图24。 （a） （b） （c） （d） （e）图2 螺杆桩成桩工法过程示意图一说明：(a)第一步：钻机对准桩位；(b)第二步：钻杆正向非同步钻进至直杆段设计深度；(c)第三步：钻杆正向同步钻进至桩底，形成桩的螺纹段；(d)第四步：在同步反转提钻同时泵机利用钻杆作为通道，保持额定泵压和泵速在高压状态下使混凝土形成下部螺纹状桩体和上部圆柱状桩体；(e)混凝土浇筑完毕，形成螺杆桩。 （a） （b） （c） （d） （e）图3 螺杆桩成桩工法过程示意图二说明：（a）第一步：采用专用成桩设备，桩工钻机对准桩位；（b）第二步：钻具下钻，在设计桩长直杆段范围采用非同步技术，全程挤压成直径为设计桩径90%孔；（c）第三步：钻具进入螺杆段结构深度，采取同步技术，直至设计深度停钻，即形成直径为设计桩径90%的螺丝型孔；（d）第四步：伸缩外钻杆不动，动力头反向旋转内钻杆，使张合器旋转上升涨开张合钻头，使钻头扩张至设计桩径的1.01.1倍，同时钻机提升钻头，并采用同步技术反向旋转外钻杆，沿已形成的螺丝轨迹上升，同时打开阀门泵送砼，实现砼桩的螺纹段；（e）外钻杆上升到桩直杆段范围，外钻杆改变速度采用不同步技术或者直接提升，小钻头速度不变，直到完成砼浇筑形成直杆型桩体，制成螺杆桩。 （a） （b） （c） （d） （e）图4 降低桩挤土效应成桩方法过程示意图说明：1屏障钢管（上下敞开、周边封闭的横截面为圆形）；2连续齿状螺纹挤土型钻具；3定位销；（a）将屏障器用定位销定位在钻具上；（b）将钻具往下正向旋转钻进，带动屏障器进入土中至设计要求消除挤土效应的深度时即停止下钻，从屏障器内逸出的淤泥质土或饱和性黏土从屏障器上端排出；（c）取出定位销，将钻具及屏障器分离，屏障器不动，钻具采用挤压土体成孔继续往下钻进至桩的设计深度；(d)钻具反向旋转上提，同时浇筑混凝土或水泥浆形成带螺纹状的挤土型桩体，也可采用钻具正向旋转上提，形成直杆状的挤土型桩体；（e）至屏障器上端定位销位置时停止上提，插上定位销，将连续螺纹状挤土型钻具及屏障器连接定位。连续螺纹状挤土型钻具继续正向旋转上提并带动屏障器上提，同时连续浇筑混凝土或水泥浆至地面，形成直杆状桩体。最终形成上部为取土型、下部为挤土型的部分挤土型桩。5.5 施工工艺5.5.3 可采用直径25以上钢筋在桩位处扎入深度不小于500mm的孔，填入白灰并插上钢筋棍等，标识桩位。桩位放完，由技术负责人组织质检员、施工员、班组长共同对桩位进行检查，确认准确无误后，与建设单位或监理办理预检签字手续。钻孔前应对桩位进行复核。.5 作为桩基的螺杆桩，其桩位容许偏差按建筑桩基技术规范中灌注桩的要求执行； 对于复合地基中的螺杆桩的桩位偏差按建筑地基处理技术规范的规定执行。5.5.6 施工中严格控制钻进速度，刚接触地面时，下钻速度要快。钻进速度应根据土层情况来确定：杂填土、粘性土、砂卵石层为0.20.5m/min；素填土、粘土、粉土、砂层为1.01.5m/min。施工前应根据试桩结果进行调整。在钻进过程中，如遇到卡钻、钻机摇晃、 偏斜或发现有节奏的声响时，应立即停钻，查明原因，采取相应措施后，方可继续作业，当需停钻时间较长时，应将钻杆提至地表。5.5.7 反转同步提升速度应稍低于钻进速度； 灌注混凝土时管内混凝土应保持足够的高度；灌注混凝土的充盈系数不得小于1.0。5.7 成品保护.2 桩间土层的清运如在灌注桩施工期间进行，应不影响灌注桩正常工作。桩间保护土层开挖、清运过程中，应合理安排开挖、清运顺序，禁止开挖和运输机械直接在基顶面上行走。如需在已开挖完成的基顶面上行走，应采取铺设木板等保护措施。严禁机械碰撞桩头。6 质量检验与验收6.1 一般规定6.1.1 现行国家标准建筑地基基础施工质量验收规范GB5020和行业标准建筑基桩检测技术规范JGJ106以强制性条文规定必须对基桩承载力和桩身完整性进行检验。桩身质量与基桩承载力密切相关，桩身质量有时会严重影响基桩承载力，桩身质量检测抽样率较高，费用较低。通过检测可减少桩基安全隐患，并可为判定基桩承载力提供参考。6.2 施工前检验6.2.3 本条规定的试桩数量仅仅是下限，若实际中由于某些原因不足以为设计提供可靠依据或设计另有要求时，可根据实际情况增加试桩数量。另外，如果施工时桩参数发生了较大变动或施工工艺发生了变化，应重新试桩。对于大型工程，“同条件下”可能包含若干个子单位工程（子分部工程）。6.4 施工后检验.3 桩基工程属于一个单位工程的分部（子分部）工程中的分项工程，一般以分项工程单独验收。所以本规范限定的工程桩承载力验收检测范围是在一个单位工程内。本条同时规定了在何种条件下工程桩应进行单桩竖向抗压静载试验及检测数量底限。.6 对于具体的检测项目，应根据检测目的、内容和要求，结合各检测方法的适用范围和检测能力，考虑工程重要性、设计要求、地质条件、施工因素等情况选择检测方法和检测数量。影响桩基承载力和桩身质量的因素存在于桩基施工的全过程中，仅有施工后的试验和施工后的验收是不全面、不完整的。桩基施工中出现的局部地质条件与勘察报告不符、工程桩施工参数与施工前的试验参数不同、原材料发生变化、设计变更、施工单位变更等情况，都可能产生质量隐患，因此加强施工过程中的检验是有必要的。不同阶段的检验要求可参照现行国家标准建筑地基基础施工质量验收规范GB50202和现行行业标准建筑基桩检测技术规范JGJ106执行。6.5 桩的检测6.5.1 框图6.5.1是检测机构应遵循的检测工作程序。实际执行检测程序中，由于不可预知的原因，如委托要求的变化、现场调查情况与委托方介绍的不符，或在现场检测尚未全部完成就已发现质量问题而需要进一步排查，都可能使原检测方案中的检测数量、受检桩桩位、检测方法发生变化。如首先用低应变法普测（或扩检），再根据低应变法检测结果，采用钻芯法、高应变法或静载荷试验，对有缺陷的桩重点抽测。总之，检测方案并非一成不变，可根据实际情况动态调整。6.5.2 根据桩基检测工作的特殊性，本条对调查阶段工作提出了具体要求。为了正确地对基桩质量进行检测和评价，提高基桩检测工作的质量，做到有的放矢，应尽可能详细了解和搜集有关技术资料，并按表1填写受检桩设计施工记录表。另外，有时委托方的介绍和提出的要求时笼统的、非技术性的，也需要通过调查来进一步明确委托方的具体要求和现场实施的可行性；有些情况下还需要检测技术人员到现场了解和搜集。表4 受检桩设计施工概况表桩号桩横截面尺寸混凝土设计强度等级（MPa）设计桩顶标高（m）检测时桩顶标 高（m）施工桩底标高（m）施工桩长(m)成桩日期设计桩端持力层单桩承载力特征值或极限值（kN）备注工程名称地点桩型6.5.3 本条提出的检测方案内容为一般情况下包含的内容，某些情况下还需要包括桩头加固、处理方案以及场地开挖、道路、供电、照明等要求。有时检测方案还需要与委托方或设计方共同研究制定。6.5.4 混凝土是一种与龄期相关材料，其强度随时间的增加而增长。在最初几天内强度快速增加，随后逐渐变缓，其物理力学